電容式觸摸技術(shù)的原理及優(yōu)勢

引言

自問世以來，電容式觸摸技術(shù)憑借自身的極大優(yōu)勢，在消費(fèi)類電子市場和家電市場大受歡迎。本篇，技術(shù)宅小為將帶大家走進(jìn)電容式觸摸技術(shù)的世界。

電容式觸摸技術(shù)的原理及優(yōu)勢

☆無機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，不會產(chǎn)生磨損，使用壽命長

☆機(jī)械按鍵替代，節(jié)省空間，使用方便

☆非接觸式感應(yīng)，不需要直接接觸到金屬，產(chǎn)品表面不需要開孔

☆在保證產(chǎn)品整體性的同時(shí)，讓產(chǎn)品更加具有科技感和藝術(shù)感

電容式觸摸技術(shù)的分類

根據(jù)電容感應(yīng)原理不同，可以分為自電容感應(yīng)技術(shù)和互電容感應(yīng)技術(shù)。

自電容感應(yīng)技術(shù)

自電容是感應(yīng)電極相對于設(shè)備地之間的電容。當(dāng)手指觸摸到感應(yīng)電極的覆蓋物時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的電容分布模型如下所示：

·手指和感應(yīng)電極之間的電容Ctouch

·人體和大地之間的Cbody

·設(shè)備地和大地之間的Cp

·人體和設(shè)備地之間的電容Chp

·感應(yīng)電極形成的寄生電容Cenv

☆模型分析：

標(biāo)準(zhǔn)的人體模型定義：

Cbody電容一般約在50pF ~100pF

Ctouch電容一般在0.5pF~10pF

Cp電容一般在1pF~100pF

Chp電容一般在1pF~

Cenv電容一般在5pF~ 200pF不等

☆手指到設(shè)備地總電容為：

Ctotal=≈Cenv+Ctouch

注：由于Cbody和Chp相對來說比較大（相對于Ctouch），觸摸過程中手指和設(shè)備地之間的電容近似如公式所示，針對環(huán)境電容Cenv電容檢測芯片一般會進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)償，只檢測Ctouch的電容變化。

互電容感應(yīng)技術(shù)

測量兩個(gè)電極間的電容變化，包含發(fā)射極TX和接收電極RX，TX用來發(fā)射測試信號，RX用來接收感應(yīng)信號。當(dāng)手指觸摸到感應(yīng)電極的覆蓋物時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的電容分布模型如下所示：

·TX和RX之間的互電容分為固定部分Cm0和可變部分Cm1和Cm2

·手指到Cm1和Cm2之間的電容Ct

·人體和大地之間的電容Cbody

·設(shè)備地和大地之間的電容Cp

·人體和設(shè)備地之間的電容Chp

當(dāng)手指觸摸到面板上Tx與Rx交互區(qū)域時(shí)，由于人體相當(dāng)于設(shè)備地，經(jīng)由可變電容Cm1和Cm2對電流進(jìn)行分流，導(dǎo)致接收端RX接收的電流將變小，等效為互電容減小。

水分對電容影響分析

針對自電容感應(yīng)技術(shù)，當(dāng)水分附著到感應(yīng)塊上的覆蓋物上時(shí)，水分會和感應(yīng)電極形成CWT電容，同時(shí)水分會和設(shè)備地之間形成CWG電容，由于水分相對于人體表面積要小很多，所以水分和大地之間的電容非常小，CWT和CWp串聯(lián)之后形成的電容，將會被系統(tǒng)感知。所以水分影響電容變化的方向跟人體按壓的時(shí)候方向一致，增加自容原理處理水分的難度。電容分布模型如下所示：

自容干手觸摸

自容濕手觸摸

針對互電容感應(yīng)技術(shù)，當(dāng)水分附著到感應(yīng)塊上的覆蓋物上時(shí)，水分會和TX形成CWT，會和RX形成CWR，CWT和Cm1并聯(lián)，CWR和Cm2并聯(lián)，并聯(lián)后的這兩個(gè)電容串聯(lián)后跨接在TX和RX之間，所以水分影響電容變化方向跟人體方向相反導(dǎo)致互電容變大，因?yàn)榇嬖谶@種差異，所以互容感應(yīng)技術(shù)從原理上具有較好的防水性。電容分布模型如下所示：

互容干手觸摸

互容濕手觸摸

自電容感應(yīng)技術(shù)和互電容感應(yīng)技術(shù)小結(jié)

艾為觸摸檢測芯片

面對電容式觸摸技術(shù)的火熱潮流，艾為也推出了相應(yīng)的解決方案并已成功應(yīng)用至多種電子設(shè)備或智能場景中，應(yīng)用面覆蓋耳機(jī)入耳滑動、手表/手環(huán)按鍵滑動、容式側(cè)鍵、手機(jī)游戲肩鍵、接近感應(yīng)、電梯非接觸式按鍵等。

其中，比較典型的方案包括艾為觸摸檢測芯片在紅魔7系列游戲手機(jī)中的應(yīng)用。

在艾為與紅魔聯(lián)合研發(fā)的國產(chǎn)游戲芯片“紅芯1號”中，艾為雙獨(dú)立高性能觸控IC搭配專門與之匹配的“大禹算法”，讓紅魔7系列的雙獨(dú)立超感觸控肩鍵為廣大游戲玩家?guī)砣碌闹讣庥|控體驗(yàn)。

由于結(jié)構(gòu)限制需要采用自容的方式設(shè)計(jì)，這種基于自容原理設(shè)計(jì)的游戲肩鍵搭配“大禹算法”，在防水性能上大大提升，讓游戲玩家無懼手汗，智能防誤操作，玩得更暢快！

此外，科大訊飛AI翻譯筆P20和P20Plus也采用了艾為觸摸檢測芯片的拳頭產(chǎn)品——高性能CapSensor?？拼笥嶏wAI翻譯筆原創(chuàng)設(shè)計(jì)了智能快捷鍵，支持觸摸亮屏、滑動滾屏、雙擊復(fù)讀或收藏(可自定義)等操作，可實(shí)現(xiàn)單手快捷操作，更加智能易用。

在互電容感應(yīng)技術(shù)方面，艾為也在不斷創(chuàng)新中，未來將有眾多應(yīng)用陸續(xù)面市，敬請期待！

審核編輯 ：李倩